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Die
Erfindung betrifft eine Ansteuerungsvorrichtung zum Regeln und/oder
Steuern einer Farbschichtdicke eines Farbwerks einer Druckmaschine, insbesondere
bei einer Bogenoffset-Druckmaschine. Die Erfindung betrifft ferner
ein Farbwerk für
eine Druckmaschine, mit einem Farbkasten, einem Duktor, einer einer
Anzahl von Farbzonen entsprechenden Anzahl von exzentrischen Walzenabschnitten, die
dem Duktor zugeordnet sind und mit diesem jeweils einen Farbspalt
bilden und je einem Antrieb für jeden
Walzenabschnitt.
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Bei
einer Bogenoffset-Druckmaschine wird der Papierbogen vom Anlagestapel
aufgenommen, ausgerichtet und dem Druckprozess zugeführt. Es
ist ein Farb- und Feuchtwerk vorgesehen, das die Druckplatte auf
dem Plattenzylinder einfärbt.
Die Druckplatte überträgt sodann
das Sujet über
den Gummituchzylinder auf den Bogen. Das Farbwerk hat dabei die
Aufgabe, die Farbe mit einer für
den Druckauftrag bestimmten Stärke
auf die Druckplatte aufzutragen.
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Zum
Einstellen der Farbschichtdicke sind Einstelleinrichtungen bekannt,
die wie folgt aufgebaut sind: Sie umfassen eine Walze, die sich
im Wesentlichen über
die Bogenbreite hinweg erstreckt und aus einem Farbkasten Farbe
aufnimmt. Diese Walze wird als Duktor bezeichnet. Zur Bildung eines
Farbspaltes sind dem genannten Duktor zahlreiche Dosiereinrichtungen
zugeordnet, die beispielsweise in Form von exzentrischen Walzenabschnitten
an den Duktor angelegt sind. Die Walzenabschnitte sind um eine zur
Duktorachse parallele Achse um einen begrenzten Winkel verdrehbar,
weshalb sich durch deren exzentrische Form eine mehr oder weniger
dicke Farbschicht auf dem Duktor ergibt. Durch die Aneinanderreihung
solcher Walzenabschnitte ergeben sich sogenannte Farbzonen, die
jede für
sich genommen separat einstellbar sind. Vom Duktor wird dann die Farbe
mittels einer Farbheberwalze mehreren Walzen des Farbwerks zugeführt, ehe
dann die Farbe auf den Plattenzylinder aufgetragen wird.
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Der
Einstellung der Farbspaltbreite kommt größte Bedeutung für das Druckergebnis
zu. Die Antriebseinheiten für
die exzentrischen Walzenabschnitte umfassen einen Gleichstrommotor,
ein Getriebe und ein Potentiometer, das für die Rückmeldung zur Positionsregelung
dient. Eine Antriebseinheit kann aber auch einen Motor anderer Art
umfassen, beispielsweise einen Schrittmotor. Entscheidend ist, dass
die Farbspaltbreite mit höchster
Genauigkeit einstellbar ist, um die Farbe in der richtigen Dosierung
zuzuführen
und um damit einen perfekten Farbauftrag zu erzielen.
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Hierzu
ist aus dem Stand der Technik die
DE 199 17 927 A1 bekannt, bei der eine Anzahl
von exzentrischen Walzenabschnitten (Dosierelemente) einem Duktor
zugeordnet und mit je einem Antrieb ausgestattet sind.
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Bei
bekannten Bogenoffset-Druckmaschinen werden häufig 16 oder mehr Farbzonen
angewandt. Übliche
Abstufungen entsprechend der Formatbreite sind 16, 23 oder 32 Farbzonen.
Alle Motoren mit Rückmeldungseinrichtungen
verfügen über eigene Leitungen.
Bei 32 Farbzonen bedeutet dies, dass 32 Motoren beispielsweise 5
Leitungen je Motor aufweisen, somit insgesamt 160 Leitungen pro
Druckwerk.
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Da
der Weg zu dem zentralen Steuerpult leicht 10–20 Meter lang werden kann
und eine Druckmaschine in der Regel aus 2–8 Druckwerken besteht, ist
mit dieser großen
Anzahl Leitungen (zum Beispiel 5 × 100 Leitungen) ein erheblicher
Kosten- und Projektierungsaufwand verbunden. Auch ist die Beeinträchtigung
der Regelgüte
durch EMV Störungen
und die sehr hohen ohmschen Leitungsanteile erheblich.
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Die
Antriebselektronik ist bisher im Bedienpult der Druckmaschine untergebracht.
Die Motoransteuerung erfolgt durch Taktung der Motorspannung. Die
Positionierung erfolgt gesteuert, und nicht durch eine Winkelregelung.
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Eine
Weiterentwicklung ist aus der
EP 0 529 376 A1 bekannt, wobei jedem Farbkasten
eine Farbkasten-Kontrolleinrichtung zugeordnet ist, welche die Farbzonenschrauben-Stelleinrichtung
des zugeordneten Farbkastens steuert. Die jeweiligen Farbkasten-Kontrolleinrichtungen
sind mit einer zentralen Steuervorrichtung verbunden.
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Die
Nachteile der bisher bekannten Antriebselektronik zur Farbschicht-Dickenregelung
und/oder Steuerung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Die
bekannten Systeme weisen einen erheblichen Verdrahtungsaufwand auf,
der hohe Kosten nach sich zieht, aufwendig in Herstellung, Montage
und Wartung ist, und der zu Ungenauigkeiten führt. Ein synchronisiertes Verfahren
der Antriebe ist nicht möglich.
Das Positionieren erfolgt nicht überschwingungsfrei.
Das mechanische Spiel kann zu Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Position
führen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Regeln
und/oder Steuern der Farbspaltbreite eines Farbwerkes zu schaffen,
das die genannten Nachteile nicht aufweist. Die Vorrichtung soll
stattdessen einfach im Aufbau, kostengünstig in der Herstellung, der
Montage und der Wartung sein, und zu einer möglichst perfekten Regel- und Steuerqualität führen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
stellt eine autarke Einheit dar, die vormontiert und außerhalb
der Maschine auf Funktionstüchtigkeit
geprüft
werden kann.
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Damit
lasst sich im einzelnen folgendes erzielen:
Die Farbzonenantriebe
können
synchron verfahren werden. Es ist möglich, beliebige Drehzahlprofile
vorzugeben. Das Anfahren der Zielposition erfolgt überschwingungsfrei.
Dadurch wird das mechanische Spiel in der Farbzonenansteuerung nicht
wirksam.
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Als
Einbauort der Farbzonenelektronik kommt der Farbkasten selbst in
Betracht. Die Elektronik kann unmittelbar im Farbkasten untergebracht werden.
Von einer Platine können
16 Farbzonenmotoren angesteuert werden. Damit verringert sich die Anzahl
der Leitungen die bei einem Druckwerk mit 32 Farbzonen in den Farbkasten
gelegt werden müssen von
160 (Motorspannung und Winkelerfassung über Poti) auf 4 (Feld-Bus und
Spannungsversorgung).
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Bei
der praktischen Verwirklichung der Erfindung kommen die folgenden
Einzelheiten in Betracht:
Mit einem Spannungsversorgungsstecker
kann eine Steckplatzcodierung durchgeführt werden.
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Der
einzelne Farbzonenmotor kann wie folgt aufgebaut sein:
Im Gehäuse des
Farbzonenmotors ist ein Potentiometer zur Winkelerfassung eingebaut.
Die Ansteuerung des einzelnen Motors kann über ein Puls-Weiten-Moduliertes
Signal (PWM-Signal) erfolgen.
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Im
einzelnen erfolgt die Ansteuerung des Motors über sogenannte H-Brückentreiber.
Dies sind vier Schaltelemente, in deren Diagonale die Klemmen des
Gleichstrommotors liegen. Die Ansteuerung der Brücke erfolgt durch ein PWM-Signal
in der Art, das die Schaltelemente einer Brücken-Diagonalen in der High-Phase
des PWM-Signals eingeschaltet werden, und in der Low-Phase abgeschaltet
werden. Über
die PWM-Vorgabe kann somit die Drehzahl des Motors gestellt werden.
Die PWM-Frequenz muss auf die Zeitkonstante des Motors τ abgestimmt
werden. Die Frequenz des PWM-Signals wird begrenzt durch die maximalen
Schaltzeiten der H-Brockenschaltelemente.
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Für eine Drehzahlregelung
oder überlagerte Lageregelung
ist es unbedingt notwendig, dass zwischen Drehzahl und PWM-Vorgabe
ein linearer Zusammenhang besteht.
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Im
Modus One Phase Chopping wird der Motor über eine Brückenhälfte kurzgeschlossen (EMK-Bremsung).
Dies führt
zwar zu einer höheren Belastung
des Motors, aber die geforderte Linearität der Drehzahl/PWM Kennlinie
wird erreicht.
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Versuche
haben gezeigt, dass eine PWM-Frequenz von 300 Hz zur Ansteuerung
der Farbzonenmotoren bei Betriebsart One-Phase Chopping ausreicht.
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Bei
Verwendung eines Lage-Polynomialreglers wird kein Drehzahlwert benötigt und
ermöglicht im
Gegensatz zum quasikontinuierlichen Regler ausreichend große Reglerabtastzeiten
(> 100 ms möglich).
Durch die großen
Reglerabtastzeiten können von
einem Rechner eine hohe Anzahl von Farbzonenmotoren sequentiell
geregelt werden.
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Die
Reglerpole sind separierbar und gehen nicht in das Führungsübertragungsverhalten
mit ein, das bedeutet, dass die Einschwingzeit des geschlossenen
Regelkreises nicht durch den Regler verschlechtert wird. Die Stellgröße und internen
Reglergrößen werden
auf Nennwerte begrenzt. Die Regler-Programmlaufzeit beträgt 1 ms.
Die geringere Regler-Programmlaufzeit
ermöglicht
mit den großen Reglerabtastzeiten
die simultane Regelung von 16 Antrieben.
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Neben
den eingangs beschriebenen exzentrischen Walzenabschnitten gibt
es noch Messerfarbkästen,
bei denen durch den Abstand des Messers zum Duktor die Farbschichtdicke
eingestellt wird. Beim Messerfarbkasten ist infolge des Verschleißes der
Messer eine Nullpunktjustage der Messer erforderlich. Dabei werden
die Farbzonen in festgelegter Reihenfolge geschlossen. Die Motoren
drehen dabei mit einem zu bestimmenden maximalen Moment (Schwellwert),
bis keine Winkeländerung
mehr erfolgt. Dieser Schwellwert muss größer sein als das maximal auftretende
Reibmoment und kleiner als das Nennmoment.
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Prinzipiell
gibt es für
die Nullpunktjustage zwei Möglichkeiten.
- 1. Momentvorgabe (PWM-Vorgabe) bei offenem Lageregelkreis
- 2. Positionieren im geschlossenen Lageregelkreis
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Entscheidet
man sich für
die Momentvergabe bei offenem Lageregelkreis, so wird mit konstantem
PWM-Signal entsprechend dem Schwellwert angesteuert. Dem entspricht
ein etwa konstantes Moment. Sobald keine Winkeländerung mehr erfolgt wird der
Istwinkel festgehalten und als Nullpunktreferenz abgespeichert.
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Bei
geschlossenem Lageregelkreis hingegen wird mit einer Lagesollwertrampe
in den Nullpunkt gefahren. Nach dem Messeranschlag steigt die Stellgröße (PWM-Signal)
auf den Schwellwert an. Der Anstieg der Stellgröße wird als Signal dafür genommen,
den Istwinkel einzulesen und diesen dann als Nullpunktreferenz abzuspeichern.
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Der
Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird anhand eines Blockdiagramms dargestellt:
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Die 1 zeigt
ein Blockschaltbild, das die Farbzonen-Antriebssteuerung wiedergibt.
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Die
Motoren 1–8 sind über Leitungen 1'–8' mit einer Ansteuerelektronik 10–13 verbunden.
Jede der Ansteuerelektroniken 10–13 kann eine Anzahl von
8 Motoren ansteuern. Die Ansteuerelektronik 10, 12 wird
mit einer Spannungsversorgungsleitung 14 mit einer Betriebsspannung
von +24V versorgt. Mittels der Spannungsversorgungsleitung 14 wird gleichzeitig
eine Codierung der Ansteuerelektronik 10, 12 durchgeführt, womit
festgelegt wird, welcher Farbzonenmotor welche Farbzone in welchem Druckwerk
verstellt. Die Spannungsversorgung der Ansteuerelektronik 11, 13 wird
durch das Weiterleiten der Versorgungsspannung mittels Leitung 15, 15' realisiert.
In der Ansteuerelektronik 10–13 befindet sich
jeweils ein Rechner 10'–13'. Dieser Rechner wird
mittels einer Feld-Bus-Leitung 16 mit
einem Steuerstand 17 verbunden. In diesem Steuerstand 17 sind
in einem Speicher 17' die
verschiedenen zur Ansteuerung der Motoren nötigen Parameter abgelegt. Die
Verbindung der Ansteuerelektronik 12, bzw. des Rechners 12' erfolgt mittels
einer Leitung 16' womit
die Feld-Bus-Leitung 16 fortgesetzt wird. Es wäre denkbar,
dass damit auch weitere Ansteuerelektroniken anbindbar wären.
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Bezüglich des
Motors gibt es keinerlei Beschränkungen
hinsichtlich der Motorart. Jede Motorart kommt in Betracht, und
zwar nicht nur innerhalb der Elektromotoren, sondern es sind auch
pneumatische oder hydraulische oder sonstige Antriebe denkbar.